Komputerowe modelowanie struktury i właściwości materiałów Kierunek studiów: Inżynieria materiałowa
Kod programu: 08-S2MAL16.2017

Nazwa modułu: Komputerowe modelowanie struktury i właściwości materiałów
Kod modułu: IM2A_KMSM
Kod programu: 08-S2MAL16.2017
Semestr: semestr zimowy 2018/2019
Język wykładowy: polski
Forma zaliczenia: egzamin
Punkty ECTS: 4
Opis:
Moduł Komputerowe modelowanie struktury i właściwości materiałów ma umożliwić studentowi/studentce zapoznanie się z formalizmem kwantowym w zastosowaniu do obliczeń numerycznych właściwości mikroskopowych małych (skończonych) oraz rozciągłych (periodycznych) układów fizycznych. Dzięki temu student/studentka będzie przygotowana do korzystania z dostępnego w laboratoriach badawczych oprogramowania do obliczeń struktury elektronowej, modelowania termodynamicznego nowych materiałów oraz wykorzystania wyników dla określenia właściwości fizycznych i chemicznych badanych oraz projektowanych materiałów.
Wymagania wstępne:
Wymagana jest realizacja efektów kształcenia modułów analizy matematycznej, fizyki ciała stałego, chemii, krystalografii, metod badań materiałów oraz termodynamiki
Literatura podstawowa:
1. L. I. Schiff, Mechanika kwantowa, PWN 1987. 1. N. Zettili, Quantum mechanics: concepts and applications (2nd ed.), John Wiley 2009. 2. C. Kittel, Wstęp do fizyki ciała stałego, PWN 1999. 3. R. F. Nalewajski, Podstawy i metody chemii kwantowej, PWN 2001. 4. D.J. Singh, Planewaves, pseudopotentials and the LAPW-method, Kluwer Academic Publishing, Boston, 1994. 5. S. Cottenier, Density functional theory and the family of (L)APW methods: a step-by-step introduction, http://www.wien2k.at/reg_user/textbooks/DFT_and_LAPW-2_cottenier.pdf 2004 (ISBN 90-807215-1-4) 6. J. Deniszczyk, Struktura elektronowa, właściwości magnetyczne i parametry struktury nadsubtelnej wybranych międzymetalicznych związków żelaza o strukturze typu B2, DO3 i L21, Wyd. UŚl, Katowice 2005
Efekt modułowy Kody efektów kierunkowych do których odnosi się efekt modułowy [stopień realizacji: skala 1-5]
Zna oraz rozumie podstawowe pojęcia i postulaty mechaniki kwantowej oraz ma podstawową wiedzę w zakresie dokładnego modelowania kwantowego małych układów. Ma podstawową wiedzę w zakresie modeli struktury elektronowej układów periodycznych: model elektronów prawie swobodnych, przybliżenie ciasnego wiązania. Zna oraz rozumie przybliżone metody mechaniki kwantowej: rachunek zaburzeń, rachunek wariacyjny. [IM2A_KMSM_1]
 IM2A_W01 [5/5] IM2A_W11 [1/5]
Posiada podstawową wiedzę w zakresie opisu kwantowego układów wieloelektronowych – rozumie istotę przybliżenia Borna-Oppenheimera, kwantowych metod jednocząstkowych (Hartree, Hartree-Focka, Thomasa-Fermiego) oraz metody funkcjonału gęstości Hohenberga-Kohna-Shama. Zna na poziomie podstawowym co najmniej jeden dedykowany pakiet oprogramowania, służący do kwantowych obliczeń właściwości mikroskopowych i makroskopowych materiałów inżynierskich. [IM2A_KMSM_2]
 IM2A_W01 [5/5] IM2A_W15 [5/5]
Potrafi w sposób zrozumiały sformułować definicje i postulaty mechaniki kwantowej. Posługuje się rachunkiem kwantowym dla prostych układów kwantowo-mechanicznych. Potrafi w sposób zrozumiały umówić założenia oraz zasadnicze rezultaty podstawowych kwantowych modeli struktury elektronowej układów periodycznych. [IM2A_KMSM_3]
 IM2A_U02 [5/5] IM2A_U09 [1/5]
Potrafi z sposób zrozumiały przedstawić ograniczenia kwantowej mechaniki w zastosowaniu do problemu układów wieloelektronowych oraz omówić przybliżenia niezbędne do kwantowego rozwiązania tego problemu. Potrafi określić założenia, możliwości i ograniczenia metod klasycznych i metod ab initio modelowania procesów zachodzących w materiałach inżynierskich, uzasadnić wybór modelu do rozwiązania prostego problemu badawczego. Potrafi wykonać klasyczne modelowanie oraz obliczenia ab initio właściwości mikro- i makro-skopowych materiałów inżynierskich oraz przeprowadzić testy założonego modelu i interpretację rezultatów obliczeń z zastosowaniem wybranych pakietów obliczeniowych(WIEN2k, Quantum Espresso, LAMMPS). [IM2A_KMSM_4]
 IM2A_U07 [4/5] IM2A_U08 [4/5]
Ma świadomość ograniczenia jednostkowej metody badawczej i widzi konieczność wszechstronnej, naukowej analizy problemów z zakresu inżynierii materiałowej. Ma świadomość i zna możliwości dalszego dokształcania się w zakresie nowoczesnych metod symulacji komputerowych w zastosowaniu w inżynierii materiałowej. [IM2A_KMSM_5]
 IM2A_K01 [3/5] IM2A_K04 [3/5]
Ma świadomość ograniczenia jednostkowej metody badawczej i widzi konieczność wszechstronnej, naukowej analizy problemów z zakresu inżynierii materiałowej. Ma świadomość i zna możliwości dalszego dokształcania się w zakresie nowoczesnych metod symulacji komputerowych w zastosowaniu w inżynierii materiałowej. [IM2A_KMSM_6]
 IM2A_K01 [3/5] IM2A_K04 [3/5]
Typ Opis Kody efektów modułowych do których odnosi się sposób weryfikacji
Egzamin pisemny [IM2A_KMSM_w_1]
Weryfikacja wiedzy w oparciu o treść wykładów, wskazaną literaturę oraz odbyte ćwiczenia
 IM2A_KMSM_1 IM2A_KMSM_2 IM2A_KMSM_3 IM2A_KMSM_4 IM2A_KMSM_5 IM2A_KMSM_6
Kolokwium pisemne [IM2A_KMSM_w_2]
Sprawdzenie nabytych umiejętności w zakresie obliczeń kwantowych dla modelowych układów kwantowych
 IM2A_KMSM_1 IM2A_KMSM_2 IM2A_KMSM_3 IM2A_KMSM_4
Sprawdzian praktyczny [IM2A_KMSM_w_3]
Ocena opanowania podstawowych wiadomości niezbędnych do indywidualnego wykonania obliczeń kwantowych materiałów inżynierskich
 IM2A_KMSM_1 IM2A_KMSM_2
Sprawozdanie [IM2A_KMSM_w_4]
Ocena umiejętności rozumienia rezultatów obliczeń i powiązania z właściwościami materiałów inżynierskich poprzez poprawne formułowanie wniosków
 IM2A_KMSM_3 IM2A_KMSM_4 IM2A_KMSM_5
Rodzaj prowadzonych zajęć Praca własna studenta Sposoby weryfikacji
Typ Opis (z uwzględnieniem metod dydaktycznych) Liczba godzin Opis Liczba godzin
wykład [IM2A_KMSM_fs_1]
Wykład ma umożliwić poznanie podstaw i procedur kwantowego opisu małych układów kwantowych i periodycznych struktur wieloelektronowych oraz zaznajomić z zasadami i procedurami modelowania kwantowego w zastosowaniu do inżynierii materiałowej. Wykład prowadzony jest z wykorzystaniem środków multimedialnych, demonstracji oraz programu WIEN2k.
 30
Praca ze wskazaną literaturą obejmująca samodzielne przyswojenie wiedzy w odniesieniu do podstawowych zagadnień
 20 Egzamin pisemny [IM2A_KMSM_w_1]
laboratorium [IM2A_KMSM_fs_3]
Zastosowanie poznanych wiadomości teoretycznej wiedzy w praktycznych obliczeniach struktury oraz właściwości mikroskopowych i makroskopowych materiałów inżynierskich. Ćwiczenia wykonywane są indywidualnie przez studentów z wykorzystaniem wyposażenia pracowni dydaktycznych.
 60
Przygotowanie teoretycznych podstaw i zagadnień związanych z tematem wykonywanego ćwiczenia. Samodzielne opracowanie wstępu teoretycznego. Indywidualne opracowanie wyników ćwiczenia.
15 Kolokwium pisemne [IM2A_KMSM_w_2] Sprawdzian praktyczny [IM2A_KMSM_w_3] Sprawozdanie [IM2A_KMSM_w_4]
Załączniki
Opis modułu (PDF)
Informacje o sylabusach mogą ulec zmianie w trakcie trwania studiów.
Sylabusy (USOSweb)
Semestr Moduł Język wykładowy
(brak danych)